【手続補正書】
【提出日】平成18年8月9日(2006.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と被溶接物との間にアークを発生させることによって、被溶接物を溶接する方法であって、
不活性ガスからなる第１のシールドガスを、電極を囲むように被溶接物に向けて流すとともに、酸化性ガスを含む第２のシールドガスを、第１のシールドガスの周辺側に、被溶接物に向けて流し、
溶接金属部の酸素濃度を７０〜２２０ｗｔ．ｐｐｍとすることを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
【請求項２】
溶接金属部の表面に形成された酸化膜の厚みを２０μｍ以下とすることを特徴とする請求項１項に記載のＴＩＧ溶接方法。
【請求項３】
電極と被溶接物との間にアークを発生させることによって、被溶接物を溶接する方法であって、
不活性ガスからなる第１のシールドガスを、電極を囲むように被溶接物に向けて流すとともに、酸化性ガスを含む第２のシールドガスを、電極に対し少なくとも溶接進行方向両側方において被溶接物に向けて流し、
溶接金属部の酸素濃度を７０〜２２０ｗｔ．ｐｐｍとすることを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
【請求項４】
溶接金属部の表面に形成された酸化膜の厚みを２０μｍ以下とすることを特徴とする請求項３項に記載のＴＩＧ溶接方法。
【請求項５】
請求項１または３記載の溶接方法で得られ、酸素濃度が７０〜２２０ｗｔ．ｐｐｍである溶接金属部。
【請求項６】
請求項１または３記載の溶接方法で得られ、表面に形成された酸化膜の厚みが２０μｍ以下である溶接金属部。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】ＴＩＧ溶接方法
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、鉄鋼系材料等をＴＩＧ溶接する溶接方法およびこの溶接方法によって得られた溶接金属部に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
ＭＡＧ溶接などの陽極式アーク溶接法（直流棒プラス）においては、アーク安定性を高めることを目的として、酸化成分として例えば２０％二酸化炭素をアルゴンに混合したシールドガスが利用されるが、酸化性のガスをＴＩＧ溶接用シールドガスとして使用すると、電極が劣化し、長時間の溶接や反復利用ができなくなる。劣化した電極を用いると、溶接品質が安定しないばかりか、溶接欠陥が生ずる可能性がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＴＩＧ溶接において、溶接品質を低下させることなく溶接金属部を深くし、かつ容易に溶接施工が可能であり、しかも溶接効率を高めることができるＴＩＧ溶接方法を提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本願発明者は、鋭意研究の結果、溶接金属部の形状は、溶融池での対流に大きく影響され、溶融池の対流は、溶融池の温度分布によって生じる表面張力分布が大きな因子となることに着目し、この知見に基づいて本発明を完成した。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
請求項１にかかる発明は、電極と被溶接物との間にアークを発生させることによって、被溶接物を溶接する方法であって、不活性ガスからなる第１のシールドガスを、電極を囲むように被溶接物に向けて流すとともに、酸化性ガスを含む第２のシールドガスを、第１のシールドガスの周辺側に、被溶接物に向けて流し、溶接金属部の酸素濃度を７０〜２２０ｗｔ．ｐｐｍとすることを特徴とするＴＩＧ溶接方法である。
請求項２にかかる発明は、溶接金属部の表面に形成された酸化膜の厚みを２０μｍ以下とすることを特徴とする請求項１項に記載のＴＩＧ溶接方法である。
請求項３にかかる発明は、電極と被溶接物との間にアークを発生させることによって、被溶接物を溶接する方法であって、不活性ガスからなる第１のシールドガスを、電極を囲むように被溶接物に向けて流すとともに、酸化性ガスを含む第２のシールドガスを、電極に対し少なくとも溶接進行方向両側方において被溶接物に向けて流し、溶接金属部の酸素濃度を７０〜２２０ｗｔ．ｐｐｍとすることを特徴とするＴＩＧ溶接方法である。
請求項４にかかる発明は、溶接金属部の表面に形成された酸化膜の厚みを２０μｍ以下とすることを特徴とする請求項３項に記載のＴＩＧ溶接方法である。
請求項５にかかる発明は、請求項１または３記載の溶接方法で得られ、酸素濃度が７０〜２２０ｗｔ．ｐｐｍである溶接金属部である。
請求項６にかかる発明は、請求項１または３記載の溶接方法で得られ、表面に形成された酸化膜の厚みが２０μｍ以下である溶接金属部である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明にあっては、以下に示す効果を奏する。
（１）不活性ガスからなる第１シールドガスを、電極を囲むように流すことができるため、電極が酸化により劣化するのを防ぎ、溶接品質に優れた溶接構造物を得ることができる。
（２）不活性ガスからなる第１シールドガスを溶融池の中央側領域に供給し、かつ酸化性ガスを含む第２シールドガスを溶融池の周辺側領域に供給することができる。
これによって、溶融池に所定濃度範囲の酸素を供給することができ、かつ溶融池の周辺側領域の酸素濃度を中央側領域の酸素濃度よりも高くすることができる。
このため、溶融池の表面張力を、温度が低くて酸素濃度が高い周辺側領域で小さく、かつ温度が高くて酸素濃度が低い中央側領域で大きくし、溶融池内で内向きの対流を促進し、溶融池を深く形成することができる。
従って、被溶接物の深部に達する溶接金属部を形成することができる。
（３）活性フラックスを用いた従来方法に比べ、スラグが発生しにくく、その除去作業が不要となる。また溶接時にヒュームが発生しにくい。従って、施工を容易にすることができる。
（４）溶接金属部を深く形成することができるため、溶け込み不良の発生や、溶接効率が低くなるのを防ぐことができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
以下、本発明の溶接方法に用いられる溶接装置の実施の形態を図面を参照して説明する。以下に示す各溶接装置は、図示しないが、溶接機、制御装置、ガス供給源、溶接電源を有する。
（第１の実施の形態）
図１は、ＴＩＧ溶接装置の第１の実施形態を示すものである。
ここに示すＴＩＧ溶接装置Ａは、鉄鋼系材料などの母材１０（被溶接物）との間にアーク７を発生させるタングステン電極２と、このタングステン電極２を囲んで設けられた管状のインナーノズル３と、このインナーノズル３を囲んで設けられた管状のアウターノズル４とから構成された多重管構造のトーチ１を備えている。
すなわち、トーチ１は、タングステン電極２の外周側にインナーノズル３が設けられ、その外周側にアウターノズル４が設けられた多重管構造物である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
同時に、酸化性ガスを含む第２シールドガス９を、インナーノズル３とアウターノズル４との隙間に供給する。
第２シールドガス９はアウターノズル４の先端に向けて流れ、この先端から母材１０に向けて噴出する。
この際、第２シールドガス９は、第１シールドガス８を囲むように、第１シールドガス８の周辺側を流れ、溶融池５の周辺側領域（中央側領域よりも周辺側に位置する領域）に吹き付けられる。
第２シールドガス９は、酸化性ガスである酸素性ガス（酸素、二酸化炭素など）の濃度を１６００〜６０００ｖｏｌ．ｐｐｍとするのが好適である。酸化性ガスの濃度は、２０００〜６０００ｖｏｌ．ｐｐｍが好ましく、３０００〜５０００ｖｏｌ．ｐｐｍがさらに好ましい。
酸化性ガスを含む第２シールドガス９の使用によって、溶接金属部５ａに酸素を固溶させることできる。第２シールドガス９の酸化性ガスの濃度は、溶接金属部５ａの酸素濃度が７０〜２２０ｗｔ．ｐｐｍとなるように設定する。
これによって、溶接金属部５ａを有する溶接構造物が得られる。
溶接金属部５ａの表面には、酸化膜が形成される。酸化膜の厚みは２０μｍ以下であることが好ましい。酸化膜の厚みがこの範囲を越えると、溶接金属部５ａが浅くなりやすい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
（第２の実施の形態）
図３は、溶接装置の第２の実施形態を示すものである。以下の説明では、図１に示す溶接装置Ａとの共通部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
なお、以下、溶接時にトーチが移動する方向を溶接進行方向ということがある。また、溶接進行方向を前方といい、溶接進行方向に対し逆の方向を後方ということがある。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
また、電極の前および／または後にもサイドノズルを設けることができる。
図５は、溶接装置の第３の実施形態を示すもので、ここに示す溶接装置Ｂ’は、タングステン電極２とセンターノズル１３との間に、タングステン電極２の前後にも、それぞれ第２シールドガス９を供給するサイドノズル１４ａ、１４ａが設けられている点で、図３に示す溶接装置Ｂと異なる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
図６は、溶接装置の第４の実施形態を示すもので、ここに示す溶接装置Ｃは、サイドノズル２４がセンターノズル２３の外部に設けられている点で図３に示す溶接装置Ｂと異なる。
すなわち、溶接装置Ｃは、タングステン電極２と、このタングステン電極２を囲んで設けられた管状のセンターノズル２３と、センターノズル２３の外部に設けられたサイドノズル２４とから構成されたトーチ２１を備えている。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
さらに、電極の前および／または後にもサイドノズルを設けることができる。
図８は、溶接装置の第５の実施形態を示すもので、ここに示す溶接装置Ｃ’は、センターノズル２３の外部において、タングステン電極２の前後にも、それぞれ第２シールドガス９を供給するサイドノズル２４ａ、２４ａが設けられている点で、図６に示す溶接装置Ｃと異なる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
（試験１）
図１に示す溶接装置Ａを用いて、次に示す溶接試験を行った。
不活性ガスであるアルゴンに酸化性ガスである酸素（Ｏ２）を添加した混合ガスを第２シールドガス９として、母材１０に溶接を行い、溶接金属部５ａの断面を観察した。第１シールドガス８としてはアルゴンを用いた。
この溶接試験において、第２シールドガス９の酸素濃度は１０００〜９０００ｖｏｌ．ｐｐｍの範囲とし、第２シールドガス９の流量は１０Ｌ／分または２０Ｌ／分とした。
図９および図１０に、各試験により得られた溶接金属部５ａの断面図を示す。図８は溶接金属部５ａの写真であり、図１０は図９に示す写真に基づいて作成された模式図である。
比較のため、第２シールドガス９に純アルゴンガスを用いた場合の試験結果も併せて示す。その他の溶接条件を表２に示す。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図９および図１０に示すように、第２シールドガス９に純アルゴンガス（酸素濃度０ｖｏｌ．ｐｐｍ）を用いた場合に比べ、酸素を含む第２シールドガス９を用いた場合には、溶接金属部５ａを深く形成することができたことがわかる。
また、第２シールドガス９の酸素濃度が１６００〜６０００ｖｏｌ．ｐｐｍ（特に２０００〜６０００ｖｏｌ．ｐｐｍ、さらには３０００〜５０００ｖｏｌ．ｐｐｍ）の範囲において、溶接金属部５ａが深く形成されていることがわかる。
酸素濃度が１０００ｖｏｌ．ｐｐｍ以下である場合には、溶け込みが浅く、しかも溶接金属部５ａの底部が平坦になる傾向が見られた。
また、酸素濃度が７０００ｖｏｌ．ｐｐｍ以上である場合には、溶接金属部５ａの底部は平坦でなく丸みを帯びているが、酸素濃度が１０００ｖｏｌ．ｐｐｍ以下である場合と同様に、溶け込みは浅くなった。
第２シールドガス９の酸素濃度が溶接金属部５ａの形状に及ぼす影響については、次の推測が可能である。
酸素濃度が低い場合（１０００ｖｏｌ．ｐｐｍ以下）と高い場合（７０００ｖｏｌ．ｐｐｍ以上）との溶接金属部５ａの形状が異なることは、溶け込みが浅くなることの原因が、酸素濃度が高い場合と低い場合とで異なることを示すものである。
すなわち、酸素濃度が低い場合には、高温の中央側領域で表面張力が小さくなり、溶融池に外向きの対流が生じるため、溶接金属部５ａの底部が平坦になる。
一方、酸素濃度が高い場合には、表面張力が中央側領域で大きくなり、内向きの対流が生じるため、中央部分が比較的深い、すなわち底部が丸みを帯びた溶接金属部５ａが形成される。しかし、表面の酸化膜が厚くなって対流が阻害されるため、溶け込みはそれほど深くならない。
このように、酸素濃度は、高いほど内向きの対流が促進されて溶け込みが深くなる傾向があるが、高すぎる場合には溶け込みが深くなりにくくなる。このため、酸素濃度が上記範囲にある場合に溶接金属部５ａを深く形成することができる。